CN216900613U - 一种三轴加速度计 - Google Patents

Abstract

本实用新型提供一种三轴加速度计，其包括：Z轴加速度计，其包括Z质量块、Z质量块锚点、扭转梁，Z质量块内定义有第一空间、第二空间和第三空间，Z质量块锚点位于第三空间内；扭转梁位于第三空间内且平行于Y轴放置，扭转梁连接所述Z质量块锚点和Z质量块；Z质量块位于所述扭转梁一侧的质量与Z质量块位于所述扭转梁另一侧的质量不同，以使Z质量块以所述扭转梁为轴发生类似跷跷板式运动；X轴加速度计，其位于所述第一空间内；Y轴加速度计，其位于所述第二空间内。与现有技术相比，本实用新型的三轴加速度计将X轴加速度计和Y轴加速度计设置在Z轴加速度计的质量块内，其整体架构合理紧凑，可节省芯片面积，降低成本。

Description

一种三轴加速度计

【技术领域】

本实用新型涉及微机械系统技术领域，尤其涉及一种三轴加速度计。

【背景技术】

微机电加速度计是基于MEMS技术的惯性器件，用于测量物体运动的线运动加速度。它具有体积小、可靠性高、成本低廉、适合大批量生产等特点，因此具有广阔的市场前景，其应用领域包括消费电子、航空航天、汽车、医疗设备和武器等等。

目前三轴加速度计通常有两种实现方式，一种是拼凑的方法，将三个单轴结构或者一个双轴和一个单轴两个结构组合在一起实现三个轴向加速度的测量。第二种是采用单结构实现三轴加速度的测量。为了提高市场竞争力，需要进一步节省芯片面积、降低成本和提高灵敏度。

因此，亟需提出一种新的技术方案来解决上述问题。

【实用新型内容】

本实用新型的目的之一在于提供一种三轴加速度计，其整体架构合理紧凑，可节省芯片面积，降低成本。

根据本实用新型的一个方面，本实用新型提供一种三轴加速度计，其包括： Z轴加速度计，其能够感应到Z轴加速度，所述Z轴加速度计包括Z质量块、Z 质量块锚点、扭转梁，所述Z质量块内定义有第一空间、第二空间和第三空间，所述Z质量块锚点位于所述第三空间内；所述扭转梁位于所述第三空间内且平行于Y轴放置，所述扭转梁连接所述Z质量块锚点和Z质量块；所述Z质量块位于所述扭转梁一侧的质量与所述Z质量块位于所述扭转梁另一侧的质量不同，以使所述Z质量块以所述扭转梁为轴发生类似跷跷板式运动；X轴加速度计，其能够感应到X轴加速度，所述X轴加速度计位于所述第一空间内；Y轴加速度计，其能够感应到Y轴加速度，所述Y轴加速度计位于所述第二空间内，其中， X轴和Y轴相互垂直并且定义了所述三轴加速度计的基底所在的平面，Z轴垂直于X轴和Y轴所定义的平面，X轴沿左右方向，Y轴沿上下方向。

与现有技术相比，本实用新型的三轴加速度计将X轴加速度计和Y轴加速度计设置在Z轴加速度计的质量块内，其整体架构合理紧凑，可节省芯片面积，降低成本。

【附图说明】

为了更清楚地说明本实用新型实施例的技术方案，下面将对实施例描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本实用新型的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动性的前提下，还可以根据这些附图获得其它的附图。其中：

图1为本实用新型在第一个实施例中的三轴加速度计的整体结构示意图；

图2为本实用新型的图1所示的三轴加速度计中X轴加速度计的结构示意图；

图3为本实用新型的图1所示的三轴加速度计中Y轴加速度计的结构示意图；

图4为本实用新型的图1所示的三轴加速度计中Z轴加速度计的结构示意图；

图5为本实用新型中图1所示的三轴加速度计敏感到X轴加速度时的示意图；

图6为本实用新型中图1所示的三轴加速度计敏感到Y轴加速度时的示意图；

图7为本实用新型中图1所示的三轴加速度计敏感到Z轴加速度时的示意图；

图8为本实用新型在第二个实施例中的三轴加速度计的整体结构示意图；

图9为本实用新型在第三个实施例中的三轴加速度计的整体结构示意图。

其中，1a-X质量块；1b-Y质量块；1c-Z质量块；

2a-第一横向弹性梁；2b-第二横向弹性梁；2c-第一纵向弹性梁；2d-第二纵向弹性梁；2e-第一扭转梁；2f-第二扭转梁；

3a-第一X轴检测电极；3b-第二X轴检测电极；3c-第三X轴检测电极；3d- 第四X轴检测电极；3e-第一Y轴检测电极；3f-第二Y轴检测电极；3g-第三Y轴检测电极；3h-第四Y轴检测电极；3i-第一Z轴检测电极；3j-第二Z轴检测电极；

4a-X质量块锚点；4b-Y质量块锚点；4c-Z质量块锚点。

5a-第一横向梁连接臂；5b-第二横向梁连接臂；5c-第一纵向梁连接臂；5d- 第二纵向梁连接臂；

6a-横向可动疏齿；6b-横向固定疏齿；6c-纵向可动疏齿；6d-纵向固定疏齿； 6e-扭转梁防护梳齿。

7a-第一空间；7b-第二空间；7c-第三空间；

通孔-8a。

【具体实施方式】

为使本实用新型的上述目的、特征和优点能够更加明显易懂，下面结合附图和具体实施方式对本实用新型作进一步详细的说明。

此处所称的“一个实施例”或“实施例”是指可包含于本实用新型至少一个实现方式中的特定特征、结构或特性。在本说明书中不同地方出现的“在一个实施例中”并非均指同一个实施例，也不是单独的或选择性的与其他实施例互相排斥的实施例。除非特别说明，本文中的连接、相连、相接的表示电性连接的词均表示直接或间接电性相连。

在本实用新型的描述中，需要理解的是，术语“上”、“下”、“左”、“右”、“顶”、“底”、“内”、“外”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本实用新型和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或者元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此，不能理解为对本实用新型的限制。在本实用新型的描述中，“多个”的含义是两个或两个以上，除非另有明确具体的限定。

在本实用新型中，除非另有明确的规定和限定，术语“安装”、“相连”、“连接”、“固定”“耦接”等术语应做广义理解；例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或成一体；可以是机械连接，也可以是电连接；可以是直接连接，也可以通过中间媒介间接相连，可以是两个元件内部的连通或两个元件的相互作用关系。对于本领域的普通技术人员而言，可以根据具体情况理解上述术语在本实用新型中的具体含义。

针对现有技术中存在的问题，本实用新型提供一种三轴加速度计。请参考图1所示，其为本实用新型在一个实施例中的三轴加速度计的整体结构示意图。

图1所示的三轴加速度计包括X轴加速度计(未标识)、Y轴加速度计(未标识)和Z轴加速度计(未标识)。其中，Z轴加速度计能够感应到Z轴加速度，所述Z轴加速度计包括Z质量块1c，所述Z质量块1c内定义有第一空间7a和第二空间7b；X轴加速度计能够感应到X轴加速度，所述X轴加速度计位于所述第一空间7a内；Y轴加速度计能够感应到Y轴加速度，所述Y轴加速度计位于所述第二空间7b内。

为了更好的说明本实用新型所示的三轴加速度计的结构，可以建立一个三维直角坐标系，在图1所示的实施例中，X轴和Y轴相互垂直并且定义了所述三轴加速度计的基底所在的平面，Z轴垂直于X轴和Y轴所定义的平面，通过X轴、 Y轴和Z轴建立的三维直角坐标系在图1中有所体现，其中，X轴沿左右方向， Y轴沿上下方向，Z轴沿垂直于纸面方向。

如图1和图4所示，所述三轴加速度计的Z轴加速度计还包括Z质量块锚点4c，扭转梁2e、2f，第一Z轴检测电极3i和第二Z轴检测电极3j，所述Z质量块1c内还定义有与所述第一空间7a和第二空间7b相互间隔的第三空间7c；所述Z质量块锚点4c位于所述第三空间7c内；所述扭转梁2e、2f位于所述第三空间7c内，且所述扭转梁2e、2f连接所述Z质量块锚点4c和Z质量块1c；所述Z质量块1c位于所述扭转梁2e、2f一侧(或左侧)的质量与所述Z质量块1c位于所述扭转梁2e、2f另一侧(或右侧)的质量不同，以使所述Z质量块1c 以所述扭转梁2e、2f为轴发生类似跷跷板式运动。所述第一Z轴检测电极3i和第二Z轴检测电极3j位于所述Z质量块1c的下方且对称设置于所述扭转梁2e、 2f的左右两侧。当敏感(或感应)到Z轴加速度输入时，会使得所述Z质量块 1c以所述扭转梁2e、2f为轴发生扭转或枢转(或类似跷跷板式运动)，所述第一Z轴检测电极3i检测与所述Z质量块1c的距离变化，第二Z轴检测电极3j 检测与所述Z质量块1c的距离变化，具体的，敏感到Z轴加速率后的第一Z轴检测电极3i和第二Z轴检测电极3j的电容一个增大，一个减小，两者差分得到 Z轴加速度引起的电容变化，进而得到输入的Z轴加速率大小。

如图1和图4所示，所述三轴加速度计的Z轴加速度计还包括位于所述第三空间7c内的扭转梁防护梳齿6e，所述扭转梁防护梳齿6e与所述Z质量块锚点4c或Z质量块1c相连，且所述扭转梁防护梳齿6e对称分布于所述扭转梁扭转梁2e、2f左右两侧，以保护所述扭转梁2e、2f。

在图1和图4所示的具体实施例中，扭转梁2e、2f平行于Y轴放置(或扭转梁2e、2f的延伸方向与Y轴平行)；扭转梁2e、2f为两个，分别是第一扭转梁2e和第二扭转梁2f，其中，第一扭转梁2e位于所述Z质量块锚点4c的上方，且第一扭转梁2e连接所述Z质量块锚点4c和Z质量块1c；第二扭转梁2f位于所述Z质量块锚点4c的下方，且第二扭转梁2f连接所述Z质量块锚点4c和Z 质量块1c。所述扭转梁防护梳齿6e为四对，其中，两对扭转梁防护梳齿6e位于所述Z质量块锚点4c的上方，且分别位于第一扭转梁2e的左右两侧；另外两对扭转梁防护梳齿6e位于所述Z质量块锚点4c的下方，且分别位于第二扭转梁 2f的左右两侧，每对扭转梁防护梳齿6e中的一个扭转梁防护梳齿与Z质量块锚点4c相连，另一个扭转梁防护梳齿与所述Z质量块1c相连，其中，每个扭转梁防护梳齿6e均平行于Y轴放置。

在图1和图4所示的实施例中，Z质量块锚点4c固定设置于基底(未图示) 上；第一Z轴检测电极3i和第二Z轴检测电极3j固定设置于基底(未图示)上； Z质量块1c通过扭转梁2e、2f与Z质量块锚点4c连接，Z质量块1c和扭转梁 2e、2f悬置于所述基底上方；扭转梁防护梳齿6e悬置于所述基底上方。

在图1和图4所示的具体实施例中，第一扭转梁2e和第二扭转梁2f关于X 轴对称分布；第一Z轴检测电极3i和第二Z轴检测电极3j关于Y轴对称分布；四对所述扭转梁防护梳齿6e整体关于X轴和Y轴对称分布。

如图1和图2所示的，所述三轴加速度计的X轴加速度计包括X质量块1a 和位于所述X质量块1a内的X轴检测电极3a、3b、3c、3d，所述X轴检测电极 3a、3b、3c、3d中设置有与Y轴相平行的若干横向固定梳齿6b，所述X质量块 1a中设置有与Y轴相平行的若干横向可动梳齿6a，其中，X轴检测电极3a、3b、 3c、3d中的若干横向固定梳齿6b与X质量块1a中的若干横向可动梳齿6a呈叉指排布，以形成叉指电容。当敏感(或感应)到X轴加速度输入时，会使得所述X质量块1a沿X轴发生运动，所述X轴检测电极3a、3b、3c、3d检测与所述X质量块1a的距离变化，具体的，与敏感到X轴加速度前的X轴检测电极3a、 3b、3c、3d的电容相比，敏感到X轴加速度后的X轴检测电极3a、3b、3c、3d 的电容增大或减小，两者求差得到X轴加速度引起的电容变化，进而得到输入的X轴加速率大小。

在图1和图2所示的具体实施例中，位于所述X质量块1a内的X轴检测电极为四个，分别为第一X轴检测电极3a、第二X轴检测电极3b、第三X轴检测电极3c、第四X轴检测电极3d，其中，第一X轴检测电极3a和第二X轴检测电极3b分别位于所述X质量块1a内的上部的左右两侧，第三X轴检测电极3c 和第四X轴检测电极3d分别位于所述X质量块1a内的下部的左右两侧。

如图1和图2所示的，所述X轴加速度计还包括设置于所述X质量块1a内的X质量块锚点4a，横向弹性梁连接臂5a、5b和横向弹性梁2a、2b，其中，X 质量块锚点4a依次经横向弹性梁连接臂5a、5b和横向弹性梁2a、2b与所述X 质量块1a连接。

在图1和图2所示的具体实施例中，横向弹性梁连接臂5a、5b为两个，分别为第一横向弹性梁连接臂5a和第二横向弹性梁连接臂5b；横向弹性梁2a、 2b为两个，分别为第一横向弹性梁2a和第二横向弹性梁2b，其中，第一横向弹性梁2a和第二横向弹性梁2b分别位于X质量块锚点4a的左右两侧；第一横向弹性梁连接臂5a位于X质量块锚点4a和第一横向弹性梁2a之间，第二横向弹性梁连接臂5b位于X质量块锚点4a和第二横向弹性梁2b之间；X质量块锚点4a的一端依次经第一横向弹性梁连接臂5a和第一横向弹性梁2a与所述X质量块1a连接，X质量块锚点4a的另一端依次经第二横向弹性梁连接臂5b和第二横向弹性梁2b与所述X质量块1a连接。

在图1和图2所示的具体实施例中，第一横向弹性梁连接臂5a和第二横向弹性梁连接臂5b平行于X轴放置；第一横向弹性梁2a和第二横向弹性梁2b平行于Y轴放置(或第一横向弹性梁2a和第二横向弹性梁2b的延伸方向与Y轴平行)；第一X轴检测电极3a和第二X轴检测电极3b位于所述X质量块锚点 4a的上方，且位于第一横向弹性梁2a和第二横向弹性梁2b之间；第三X轴检测电极3c和第四X轴检测电极3d位于所述X质量块锚点4a的下方，且位于第一横向弹性梁2a和第二横向弹性梁2b之间。

在图1和图2所示的具体实施例中，X质量块锚点4a固定于所述基底上；X 轴检测电极3a、3b、3c和3d固定于所述基底上；X质量块1a，横向弹性梁连接臂5a、5b和横向弹性梁2a、2b悬置于所述基底上方。其中，第一横向弹性梁连接臂5a和第二横向弹性梁连接臂5b关于Y轴对称；第一横向弹性梁2a和第二横向弹性梁2b关于Y轴对称；第一X轴检测电极3a、第二X轴检测电极 3b、第三X轴检测电极3c和第四X轴检测电极3d整体关于X轴和Y轴对称。

如图1和图3所示的，所述三轴加速度计的Y轴加速度计包括Y质量块1b 和位于所述Y质量块1b内的Y轴检测电极3e、3f、3g、3h，所述Y轴检测电极 3e、3f、3g、3h中设置有与X轴相平行的若干纵向固定梳齿6d，所述Y质量块1b中设置有与X轴相平行的若干纵向可动梳齿6c，其中，Y轴检测电极3e、3f、 3g、3h中的若干纵向固定梳齿6d与Y质量块1b中的若干纵向可动梳齿6c呈叉指排布，以形成叉指电容。当敏感(或感应)到Y轴加速度输入时，会使得所述Y质量块1b沿Y轴发生运动，所述Y轴检测电极3e、3f、3g、3h检测与所述 Y质量块1b的距离变化，具体的，与敏感到Y轴加速度前的Y轴检测电极3e、 3f、3g、3h的电容相比，敏感到Y轴加速度后的Y轴检测电极3e、3f、3g、3h 的电容增大或减小，两者求差得到Y轴加速度引起的电容变化，进而得到输入的Y轴加速率大小。

在图1和图3所示的具体实施例中，位于所述Y质量块1b内的Y轴检测电极为四个，分别为第一Y轴检测电极3e、第二Y轴检测电极3f、第三Y轴检测电极3g、第四Y轴检测电极3h，其中，第一Y轴检测电极3e和第二Y轴检测电极3f分别位于所述Y质量块1b内的左侧的上下两端，第三Y轴检测电极3g 和第四Y轴检测电极3h分别位于所述Y质量块1b内的右侧的上下两端。

如图1和图3所示的，所述Y轴加速度计还包括设置于所述Y质量块1b内的Y质量块锚点4b，纵向弹性梁连接臂5c、5d和纵向弹性梁2c、2d，其中，Y 质量块锚点4b依次经纵向弹性梁连接臂5c、5d和纵向弹性梁2c、2d与所述Y 质量块1b连接。

在图1和图3所示的具体实施例中，纵向弹性梁连接臂5c、5d为两个，分别为第一纵向弹性梁连接臂5c和第二纵向弹性梁连接臂5d；纵向弹性梁2c、2d 为两个，分别为第一纵向弹性梁2c和第二纵向弹性梁2d，其中，第一纵向弹性梁2c和第二纵向弹性梁2d分别位于Y质量块锚点4b的上下两端；第一纵向弹性梁连接臂5c位于Y质量块锚点4b和第一纵向弹性梁2c之间，第二纵向弹性梁连接臂5d位于Y质量块锚点4b和第二纵向弹性梁2d之间；Y质量块锚点 4b的一端依次经第一纵向弹性梁连接臂5c和第一纵向弹性梁2c与所述Y质量块1b连接，Y质量块锚点4b的另一端依次经第二纵向弹性梁连接臂5d和第二纵向弹性梁2d与所述Y质量块1b连接。

在图1和图3所示的具体实施例中，第一纵向弹性梁连接臂5c和第二纵向弹性梁连接臂5d平行于Y轴放置；第一纵向弹性梁2c和第二纵向弹性梁2d平行于X轴放置(或第一纵向弹性梁2c和第二纵向弹性梁2d的延伸方向与X轴平行)；第一Y轴检测电极3e和第二Y轴检测电极3f位于所述Y质量块锚点 4b的左侧，且位于第一纵向弹性梁2c和第二纵向弹性梁2d之间；第三Y轴检测电极3g和第四Y轴检测电极3h位于所述Y质量块锚点4b的右侧，且位于第一纵向弹性梁2c和第二纵向弹性梁2d之间。

在图1和图3所示的具体实施例中，Y质量块锚点4b固定于所述基底上；Y 轴检测电极3e、3f、3g、3h固定于所述基底上；Y质量块1b，纵向弹性梁连接臂5c、5d和纵向弹性梁2c、2d悬置于所述基底上方。其中，第一纵向弹性梁连接臂5c和第二纵向弹性梁连接臂5d关于X轴对称；第一纵向弹性梁2c和第二纵向弹性梁2d关于X轴对称；第一Y轴检测电极3e、第二Y轴检测电极3f、第三Y轴检测电极3g和第四Y轴检测电极3h整体关于X轴和Y轴对称。

在图1所示的实施例中，X轴加速度计和Y轴加速度计位于Z质量块1c内且分别位于所述的扭转梁2e、2f的左右两侧。在图1所示的实施例中，X质量块1a、Y质量块1b和Z质量块1c上可设置有一定数量的通孔、盲孔、镂空或者半镂空结构，以提高三轴加速度计的灵敏度。

为了保证所述Z质量块1c位于所述扭转梁2e、2f一侧(或左侧)的质量与所述Z质量块1c位于所述扭转梁2e、2f另一侧(或右侧)的质量不同，实现方法1：所述Z质量块1c沿所述扭转2e、2f梁对称分布，使所述Z质量块1c位于所述扭转梁2e、2f一侧上设置的通孔8a、盲孔、镂空或者半镂空结构的数量与所述Z质量块位于所述扭转梁另一侧上设置的通孔、盲孔、镂空或者半镂空结构的数量不同。例如，在图1和图4所示的具体实施例中，所述Z质量块1c沿所述扭转2e、2f梁对称分布，可抵抗外界干扰，有效提高其可靠性；在所述Z 质量块1c位于所述扭转梁2e、2f一侧上设置的通孔8a，在所述Z质量块1c位于所述扭转梁2e、2f右侧上未设置通孔，使所述Z质量块1c位于所述扭转梁 2e、2f左侧的质量大于所述Z质量块1c位于所述扭转梁2e、2f右侧的质量。

为了保证所述Z质量块1c位于所述扭转梁2e、2f一侧(或左侧)的质量与所述Z质量块1c位于所述扭转梁2e、2f另一侧(或右侧)的质量不同，实现方法2：所述Z质量块1c位于所述扭转梁2e、2f一侧(或左侧)的尺寸与所述Z 质量块1c位于所述扭转梁2e、2f另一侧(或右侧)的尺寸不同。具体请参见附图8。

请参考图9所示，其为本实用新型在第三个实施例中的三轴加速度计的整体结构示意图，其与图1所示的三轴加速度计的区别仅在于：图9所示的X轴加速度计未设置X质量块锚点4a和横向弹性梁连接臂5a、5b，X质量块1a通过横向弹性梁2a、2b与Z质量块1c连接；图9所示的Y轴加速度计未设置Y 质量块锚点4b和纵向弹性梁连接臂5c、5d，Y质量块1b通过纵向弹性梁2c、 2d与Z质量块1c连接。

在图9所示的实施例中，横向弹性梁2a、2b设置于所述第一空间7a内且位于所述X质量块1a外侧，所述X质量块1a通过所述横向弹性梁2a、2b与所述Z质量块1c连接。

在图9所示的具体实施例中，横向弹性梁2a、2b为两个，分别为第一横向弹性梁2a和第二横向弹性梁2b，其中，所述第一横向弹性梁2a和第二横向弹性梁2b分别位于X质量块1a的左右两侧；所述X质量块1a通过所述第一横向弹性梁2a与所述Z质量块1c连接；所述X质量块1a通过所述第二横向弹性梁 2b与所述Z质量块1c连接。第一横向弹性梁2a和第二横向弹性梁2b平行于Y 轴放置(或第一横向弹性梁2a和第二横向弹性梁2b的延伸方向与Y轴平行)，且第一横向弹性梁2a和第二横向弹性梁2b关于Y轴对称。

在图9所示的实施例中，纵向弹性梁2c、2d设置于所述第二空间7b内且位于所述Y质量块1b外侧，所述Y质量块1b通过所述纵向弹性梁2c、2d与所述Z质量块1c连接。

在图9所示的具体实施例中，纵向弹性梁2c、2d为两个，分别为第一纵向弹性梁2c和第二纵向弹性梁2d，其中，所述第一纵向弹性梁2c和第二纵向弹性梁2d分别位于Y质量块1b的左右两侧；所述Y质量块1b通过所述第一纵向弹性梁2c与所述Z质量块1c连接；所述Y质量块1b通过所述第二纵向弹性梁 2d与所述Z质量块1c连接。第一纵向弹性梁2c和第二纵向弹性梁2d平行于X 轴放置(或第一纵向弹性梁2c和第二纵向弹性梁2d的延伸方向与X轴平行)，且第一纵向弹性梁2c和第二纵向弹性梁2d关于Y轴对称。

综上可知，在图1、图2和图3所示的实施例中，所述X轴加速度计独立设置在所述Z质量块1c内部的第一空间7a内，即所述X轴加速度计和所述Z质量块1c相互独立、并未连接；所述Y轴加速度计独立设置在所述Z质量块1c内部的第二空间7b内，即所述Y轴加速度计和所述Z质量块1c相互独立、并未连接。在图9所示的实施例中，所述X轴加速度计和Y轴加速度计各自通过弹性梁2a～2d 与所述Z质量块1c连接。

以下介绍本实用新型中图1所示的三轴加速度计的检测原理。

一、X轴加速度计检测原理

请参考图5所示，其为本实用新型中图1所示的三轴加速度计敏感到X轴加速度时的示意图。

所述X轴检测电极3a、3b、3c、3d中设置有与Y轴相平行的若干横向固定梳齿6b，所述X质量块1a中设置有与Y轴相平行的若干横向可动梳齿6a，当敏感(或感应)到X轴加速度输入时，会使得所述X质量块1a带动若干横向可动梳齿6a沿X轴发生运动，所述X轴检测电极3a、3b、3c、3d中的横向固定梳齿6b敏感到与所述X质量块1a中的横向可动梳齿6a的距离发生变化，两者的电容发生改变，通过检测X轴检测电极3a、3b、3c、3d中的横向固定梳齿6b 的电容变化，实现对X轴加速度的测量。也可以说，所述X轴检测电极3a、3b、 3c、3d检测与所述X质量块1a的距离变化，具体的，与敏感到X轴加速度前的 X轴检测电极3a、3b、3c、3d的电容相比，敏感到X轴加速度后的X轴检测电极3a、3b、3c、3d的电容增大或减小，两者求差得到X轴加速度引起的电容变化，进而得到输入的X轴加速率大小。

需要说明的是，图5仅示例的给出了当敏感到X轴加速度输入时，所述X 质量块1a沿X轴的一个运动方向。

二、Y轴加速度计检测原理

请参考图6所示，其为本实用新型中图1所示的三轴加速度计敏感到Y轴加速度时的示意图。

所述Y轴检测电极3e、3f、3g、3h中设置有与X轴相平行的若干纵向固定梳齿6d，所述Y质量块1b中设置有与X轴相平行的若干纵向可动梳齿6c，当敏感(或感应)到Y轴加速度输入时，会使得所述Y质量块1b带动若干纵向可动梳齿6c沿Y轴发生运动，所述Y轴检测电极3e、3f、3g、3h中的纵向固定梳齿6d敏感到与所述Y质量块1c中的纵向可动梳齿6c的距离发生变化，两者的电容发生改变，通过检测Y轴检测电极3e、3f、3g、3h中的纵向可动梳齿6c的电容变化，实现对Y轴加速度的测量。也可以说，Y轴检测电极3e、3f、3g、3h 检测与所述Y质量块1b的距离变化，具体的，与敏感到Y轴加速度前的Y轴检测电极3e、3f、3g、3h的电容相比，敏感到Y轴加速度后的Y轴检测电极3e、 3f、3g、3h的电容增大或减小，两者求差得到Y轴加速度引起的电容变化，进而得到输入的Y轴加速率大小。

需要说明的是，图6仅示例的给出了当敏感到Y轴加速度输入时，所述Y 质量块1b沿Y轴的一个运动方向。

三、Z轴加速度计检测原理

请参考图7所示，其为本实用新型中图1所示的三轴加速度计敏感到Z轴加速度时的示意图。

所述第一Z轴检测电极3i和第二Z轴检测电极3j位于所述Z质量块1c的下方且对称设置于所述扭转梁2e、2f的左右两侧。当敏感(或感应)到Z轴加速度输入时，会使得所述Z质量块1c以所述扭转梁2e、2f为轴发生扭转(或类似跷跷板式运动)，两侧的第一Z轴检测电极3i和第二Z轴检测电极3j与所述Z 质量块1c的距离发生变化，使得第一Z轴检测电极3i和第二Z轴检测电极3j 的电容发生改变，通过检测第一Z轴检测电极3i和第二Z轴检测电极3j的电容变化实现对Z轴加速度的测量。也可以说，所述第一Z轴检测电极3i检测与所述Z质量块1c的距离变化，第二Z轴检测电极3j检测与所述Z质量块1c的距离变化，具体的，敏感到Z轴加速率后的第一Z轴检测电极3i和第二Z轴检测电极3j的电容一个增大，一个减小，两者差分得到Z轴加速度引起的电容变化，进而得到输入的Z轴加速率大小。

需要说明的是，图7仅示例的给出了当敏感到Z轴加速度输入时，所述Z 质量块1c以所述扭转梁2e、2f为轴的一个运动方向。

综上所述，本实用新型提供的三轴加速度计包括X轴加速度计(未标识)、 Y轴加速度计(未标识)和Z轴加速度计(未标识)。其中，Z轴加速度计能够感应到Z轴加速度，所述Z轴加速度计包括Z质量块1c，所述Z质量块1c内定义有第一空间7a和第二空间7b；X轴加速度计能够感应到X轴加速度，所述X 轴加速度计位于所述第一空间7a内；Y轴加速度计能够感应到Y轴加速度，所述Y轴加速度计位于所述第二空间7b内。这样，本实用新型提供的三轴加速度计的整体架构合理紧凑，可节省芯片面积，降低成本。

在本说明书的描述中，参考术语“一个实施例”、“一些实施例”、“示例”、“具体示例”或“一些示例”等的描述意指结合该实施例或示例描述的具体特征、结构、材料或者特点包含于本实用新型的至少一个实施例或示例中。在本说明书中，对上述术语的示意性表述不必针对的是相同的实施例或示例。而且，描述的具体特征、结构、材料或者特点可以在任何的一个或多个实施例或示例中以合适的方式结合。

尽管上面已经示出和描述了本实用新型的实施例，可以理解的是，上述实施例是示例性的，不能理解为对本实用新型的限制，本领域的普通技术人员在本实用新型的范围内可以对上述实施例进行变化、修改和变型。

Claims (19)

1.一种三轴加速度计，其特征在于，其包括：

Z轴加速度计，其能够感应到Z轴加速度，所述Z轴加速度计包括Z质量块、Z质量块锚点、扭转梁，所述Z质量块内定义有第一空间、第二空间和第三空间，所述Z质量块锚点位于所述第三空间内；所述扭转梁位于所述第三空间内且平行于Y轴放置，所述扭转梁连接所述Z质量块锚点和Z质量块；所述Z质量块位于所述扭转梁一侧的质量与所述Z质量块位于所述扭转梁另一侧的质量不同，以使所述Z质量块以所述扭转梁为轴发生类似跷跷板式运动；

X轴加速度计，其能够感应到X轴加速度，所述X轴加速度计位于所述第一空间内；

Y轴加速度计，其能够感应到Y轴加速度，所述Y轴加速度计位于所述第二空间内，

其中，X轴和Y轴相互垂直并且定义了所述三轴加速度计的基底所在的平面，Z轴垂直于X轴和Y轴所定义的平面，X轴沿左右方向，Y轴沿上下方向，

所述X轴加速度计位于所述扭转梁的一侧，所述Y轴加速度计位于所述扭转梁的另一侧。

2.根据权利要求1所述的三轴加速度计，其特征在于，

所述Z轴加速度计还包括第一Z轴检测电极和第二Z轴检测电极，

所述第一Z轴检测电极和第二Z轴检测电极位于所述Z质量块的下方且对称设置于所述扭转梁的两侧；

所述X轴加速度计独立设置在所述Z质量块内部的第一空间内，所述Y轴加速度计独立设置在所述Z质量块内部的第二空间内，或者所述X轴加速度计和Y轴加速度计各自通过弹性梁与所述Z质量块连接。

3.根据权利要求2所述的三轴加速度计，其特征在于，

所述三轴加速度计的Z轴加速度计还包括位于所述第三空间内的扭转梁防护梳齿，所述扭转梁防护梳齿与所述Z质量块锚点或Z质量块相连，且所述扭转梁防护梳齿对称分布于所述扭转梁的左右两侧；

所述Z质量块锚点固定设置于所述基底上；所述第一Z轴检测电极和第二Z轴检测电极固定设置于所述基底上；所述Z质量块和所述扭转梁悬置于所述基底上方；所述扭转梁保护机构悬置于所述基底上方。

4.根据权利要求3所述的三轴加速度计，其特征在于，

所述扭转梁为两个，分别是第一扭转梁和第二扭转梁，其中，第一扭转梁位于所述Z质量块锚点的上方，且所述第一扭转梁连接所述Z质量块锚点和Z质量块；所述第二扭转梁位于所述Z质量块锚点的下方，且第二扭转梁连接所述Z质量块锚点和Z质量块；

所述扭转梁防护梳齿为四对，其中，两对扭转梁防护梳齿位于所述Z质量块锚点的上方，且分别位于第一扭转梁两侧；另外两对扭转梁防护梳齿位于所述Z质量块锚点的下方，且分别位于第二扭转梁两侧，每对扭转梁防护梳齿中的一个扭转梁防护梳齿与Z质量块锚点相连，另一个扭转梁防护梳齿与所述Z质量块相连；

所述第一扭转梁和第二扭转梁关于X轴对称分布；所述第一Z轴检测电极和第二Z轴检测电极关于Y轴对称分布；四个所述扭转梁保护机构整体关于X轴和Y轴对称分布。

5.根据权利要求2所述的三轴加速度计，其特征在于，

所述三轴加速度计的X轴加速度计包括X质量块和位于所述X质量块内的X轴检测电极。

6.根据权利要求5所述的三轴加速度计，其特征在于

所述X轴加速度计还包括设置于所述X质量块内的X质量块锚点，横向弹性梁连接臂和横向弹性梁，

所述X质量块锚点依次经所述横向弹性梁连接臂和横向弹性梁与所述X质量块连接。

7.根据权利要求6所述的三轴加速度计，其特征在于，

位于所述X质量块内的X轴检测电极为四个，分别为第一X轴检测电极、第二X轴检测电极、第三X轴检测电极、第四X轴检测电极，其中，第一X轴检测电极和第二X轴检测电极分别位于所述X质量块内的上部的左右两侧，第三X轴检测电极和第四X轴检测电极分别位于所述X质量块内的下部的左右两侧；

所述横向弹性梁连接臂为两个，分别为第一横向弹性梁连接臂和第二横向弹性梁连接臂；所述横向弹性梁为两个，分别为第一横向弹性梁和第二横向弹性梁，其中，所述第一横向弹性梁和第二横向弹性梁分别位于X质量块锚点的左右两侧；所述第一横向弹性梁连接臂位于所述X质量块锚点和第一横向弹性梁之间，所述第二横向弹性梁连接臂位于所述X质量块锚点和第二横向弹性梁之间；所述X质量块锚点的一端依次经第一横向弹性梁连接臂和第一横向弹性梁与所述X质量块连接，所述X质量块锚点的另一端依次经第二横向弹性梁连接臂和第二横向弹性梁与所述X质量块连接。

8.根据权利要求7所述的三轴加速度计，其特征在于，

所述第一横向弹性梁连接臂和第二横向弹性梁连接臂平行于X轴放置；所述第一横向弹性梁和第二横向弹性梁平行于Y轴放置；所述第一X轴检测电极和第二X轴检测电极位于所述X质量块锚点的上方，且位于所述第一横向弹性梁和第二横向弹性梁之间；所述第三X轴检测电极和第四X轴检测电极位于所述X质量块锚点的下方，且位于所述第一横向弹性梁和第二横向弹性梁之间；

所述X质量块锚点固定于所述基底上；所述X轴检测电极固定于所述基底上；所述X质量块、横向弹性梁连接臂和横向弹性梁悬置于所述基底上方；

所述第一横向弹性梁连接臂和第二横向弹性梁连接臂关于Y轴对称；所述第一横向弹性梁和第二横向弹性梁关于Y轴对称；所述第一X轴检测电极、第二X轴检测电极、第三X轴检测电极和第四X轴检测电极整体关于X轴和Y轴对称。

9.根据权利要求2所述的三轴加速度计，其特征在于，

所述三轴加速度计的Y轴加速度计包括Y质量块和位于所述Y质量块内的Y轴检测电极。

10.根据权利要求9所述的三轴加速度计，其特征在于

所述Y轴加速度计还包括设置于所述Y质量块内的Y质量块锚点，纵向弹性梁连接臂和纵向弹性梁，

所述Y质量块锚点依次经所述纵向弹性梁连接臂和纵向弹性梁与所述Y质量块连接。

11.根据权利要求10所述的三轴加速度计，其特征在于，

位于所述Y质量块内的Y轴检测电极为四个，分别为第一Y轴检测电极、第二Y轴检测电极、第三Y轴检测电极、第四Y轴检测电极，其中，第一Y轴检测电极和第二Y轴检测电极分别位于所述Y质量块内的左侧的上下两端，第三Y轴检测电极和第四Y轴检测电极分别位于所述Y质量块内的右侧的上下两端；

所述纵向弹性梁连接臂为两个，分别为第一纵向弹性梁连接臂和第二纵向弹性梁连接臂；所述纵向弹性梁为两个，分别为第一纵向弹性梁和第二纵向弹性梁，所述第一纵向弹性梁和第二纵向弹性梁分别位于所述Y质量块锚点的上下两端；所述第一纵向弹性梁连接臂位于Y质量块锚点和第一纵向弹性梁之间，所述第二纵向弹性梁连接臂位于所述Y质量块锚点和第二纵向弹性梁之间；所述Y质量块锚点的一端依次经所述第一纵向弹性梁连接臂和第一纵向弹性梁与所述Y质量块连接，所述Y质量块锚点的另一端依次经第二纵向弹性梁连接臂和第二纵向弹性梁与所述Y质量块连接。

12.根据权利要求11所述的三轴加速度计，其特征在于，

所述第一纵向弹性梁连接臂和第二纵向弹性梁连接臂平行于Y轴放置；第一纵向弹性梁和第二纵向弹性梁平行于X轴放置；所述第一Y轴检测电极和所述第二Y轴检测电极位于所述Y质量块锚点的左侧，且位于第一纵向弹性梁和第二纵向弹性梁之间；所述第三Y轴检测电极和第四Y轴检测电极位于所述Y质量块锚点的右侧，且位于所述第一纵向弹性梁和第二纵向弹性梁之间；

所述Y质量块锚点固定于所述基底上；所述Y轴检测电极固定于所述基底上；所述Y质量、纵向弹性梁连接臂、和纵向弹性梁、悬置于所述基底上方；

所述第一纵向弹性梁连接臂和第二纵向弹性梁连接臂关于X轴对称；所述第一纵向弹性梁和第二纵向弹性梁关于X轴对称；所述第一Y轴检测电极、第二Y轴检测电极、第三Y轴检测电极和第四Y轴检测电极整体关于X轴和Y轴对称。

13.根据权利要求5所述的三轴加速度计，其特征在于，

所述X轴加速度计还包括设置于所述第一空间内且位于所述X质量块外侧的横向弹性梁，

所述X质量块通过所述横向弹性梁与所述Z质量块连接。

14.根据权利要求13所述的三轴加速度计，其特征在于，

位于所述X质量块内的X轴检测电极为四个，分别为第一X轴检测电极、第二X轴检测电极、第三X轴检测电极、第四X轴检测电极，其中，第一X轴检测电极和第二X轴检测电极分别位于所述X质量块内的上部的左右两侧，第三X轴检测电极和第四X轴检测电极分别位于所述X质量块内的下部的左右两侧；

所述横向弹性梁为两个，分别为第一横向弹性梁和第二横向弹性梁，其中，所述第一横向弹性梁和第二横向弹性梁分别位于X质量块的左右两侧；所述X质量块通过所述第一横向弹性梁与所述Z质量块连接；所述X质量块通过所述第二横向弹性梁与所述Z质量块连接；

所述述第一横向弹性梁和第二横向弹性梁平行于Y轴放置；所述X轴检测电极固定于所述基底上；所述X质量块和横向弹性梁悬置于所述基底上方；

所述第一横向弹性梁和第二横向弹性梁关于Y轴对称；所述第一X轴检测电极、第二X轴检测电极、第三X轴检测电极和第四X轴检测电极整体关于X轴和Y轴对称。

15.根据权利要求9所述的三轴加速度计，其特征在于，

所述Y轴加速度计还包括设置于所述第二空间内且位于所述Y质量块外侧的纵向弹性梁，

所述Y质量块通过所述纵向弹性梁与所述Z质量块连接。

16.根据权利要求15所述的三轴加速度计，其特征在于，

位于所述Y质量块内的Y轴检测电极为四个，分别为第一Y轴检测电极、第二Y轴检测电极、第三Y轴检测电极、第四Y轴检测电极，其中，第一Y轴检测电极和第二Y轴检测电极分别位于所述Y质量块内的上部的左右两侧，第三Y轴检测电极和第四Y轴检测电极分别位于所述Y质量块内的下部的左右两侧；

所述纵向弹性梁为两个，分别为第一纵向弹性梁和第二纵向弹性梁，其中，所述第一纵向弹性梁和第二纵向弹性梁分别位于Y质量块的左右两侧；所述Y质量块通过所述第一纵向弹性梁与所述Z质量块连接；所述Y质量块通过所述第二纵向弹性梁与所述Z质量块连接。

17.根据权利要求16所述的三轴加速度计，其特征在于，

所述述第一纵向弹性梁和第二纵向弹性梁平行于X轴放置；

所述Y轴检测电极固定于所述基底上；所述Y质量块和纵向弹性梁悬置于所述基底上方；

所述第一纵向弹性梁和第二纵向弹性梁关于X轴对称；所述第一Y轴检测电极、第二Y轴检测电极、第三Y轴检测电极和第四Y轴检测电极整体关于X轴和Y轴对称。

18.根据权利要求5所述的三轴加速度计，其特征在于，

X质量块和Z质量块上设置有通孔、盲孔、镂空或者半镂空结构。

19.根据权利要求18所述的三轴加速度计，其特征在于，

所述Z质量块沿所述扭转梁对称分布，所述Z质量块位于所述扭转梁一侧上设置的通孔、盲孔、镂空或者半镂空结构的数量与所述Z质量块位于所述扭转梁另一侧上设置的通孔、盲孔、镂空或者半镂空结构的数量不同；或

所述Z质量块位于所述扭转梁一侧的尺寸与所述Z质量块位于所述扭转梁另一侧的尺寸不同。

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